如何降低嵌入式医疗电子应用中的功耗
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摘要：在设计任何电子设备时，低功耗都是追求的目标之一。就便携式医疗设备而言，实现功耗目标是成功开发产品的关健因素。通过在单个器件中以更高集成度集成多种功能的高级半导体，设计人员可以极大地缩小医疗设备的尺寸，同时通过降低医疗应用(包括植入式设备、便携式设备、家用设备和安全设备)中的功耗来延长它们的寿命。本文将说明设计人员如何利用单片机(MCU)的高级功耗管理功能来降低医疗应用中的功耗。 降低功耗所涉及的设计问题系统设计人员面临着紧凑式和便携式医疗电子设备提出的许多挑战。为低功耗器件设计电源可能会非常棘手，因为设计人员需要考虑系统的电压/电流需求。在许多低功耗应用中，电池是主要电源，在化学性质、性能、容量、尺寸/重量和成本等方面对设计人员提出了许多挑战。例如，高容量电池的内阻较高，这使它们不适合于大电流应用。而与尺寸类似的高内阻电池相比，适合于大电流应用的电池通常容量较低、重量较大。此外，只能放电的原电池的容量要远高于可充电电池。由于存在这些限制，设计人员需要针对特定系统来制定策略，以在成本和性能方面达到最佳效果。 静态功耗是一项重要的品质指标，可以指示MCU在低功耗应用中的适用情况。对于一些采用高级处理技术的MCU，在休眠模式下耗用的电流可低于50nA。为了能够适应各种低功耗设计，有一点非常重要，即MCU能在很宽的电压范围内工作。例如，在使用碱性电池时，它需要能够工作于l.SV，因为每节电池的端电压为0.9v，且在应用中通常使用两节电池。选择可在宽电压范围内工作的MCU可以延长便携式设备的使用寿命。但是，MCU的工作电压范围并不是唯一的决定因素。整个系统的工作电压范围都必须考虑，包括MCU的外设。如果系统中的某个单一外设需要消耗大部分的功率，降低MCU的功耗对系统总功耗几乎没有什么影响。 作为一个设计规则，如果系统使用了MCU的内部外设(如模数转换器或EEPROM)，则必须注意它的工作范围。如果某些外设无法在MCU的整个工作电压范围内工作，则系统的工作电压范围将由外设决定。同一设计规则也适用于所有外设。在下面几节中，将介绍当前市场上推出的一些MCU系列产品如何提供用于功耗管理的特殊功能。 降低功耗的方法 控制外设的功耗 便携式嵌入式系统功耗管理的核心原则是让MCU能够控制内部和外部设备的功耗。设计便携式医疗设备时，先确定必需的物理模式或状态，然后对设计进行分割，以关闭不需要的电路。例如，在电池应用中不需要欠压复位(BOR)功能，因此可以通过禁止该功能来节省功耗。针对这一目标，从许多不同供应商中选择合适的MCU可以帮助减少外部元件和降低成本。如前面所述，可在宽电压范围内工作的MCU可以使系统设计多样化。 |
